本发明属于超精密加工和功能化微乳液合成的交叉应用领域，具体涉及一种用于KDP晶体的油包酸性离子液体抛光液。
背景技术：
：磷酸二氢钾（KDP）晶体是20世纪40年代发展起来的一种非常优良的光学晶体，是目前唯一可用于ICF、强激光武器等光路系统的激光倍频、电光调制和光电开关器件的非线性光学材料。工程应用中对KDP晶体的表面质量要求极高，如超光滑、无表面缺陷、无应力残余和无杂质残留等，近乎材料加工的极限。然而，KDP晶体材料本身具有软脆、易潮解、对温度变化敏感以及各向异性等特点，被公认为最难加工的光学元件之一。对于KDP晶体这类软脆材料，获得超光滑表面非常困难。目前国内外工程应用中比较成熟的超精密加工方法主要是单点金刚石飞切（SPDT）技术和磁流变抛光技术（MRF），美国LLNL实验室和我国哈尔滨工业大学等单位在该领域已取得一些成果。但是，采用SPDT技术加工KDP晶体，会在晶体表面产生周期性小尺度波纹（飞切刀纹）和亚表面损伤，在高功率激光作用下容易产生损伤和破坏。MRF虽然能够消减SPDT技术产生的小尺度波纹，但是会在晶体表面产生铁粉等微纳颗粒的嵌入现象，另外，晶体表面磁流变残夜的清洗也是目前的一大难题。发展针对KDP等软脆易潮解晶体的新型超光滑、低损伤、低缺陷的“软抛光”技术势在必行。化学机械抛光是一种在半导体行业已经非常成熟的表面抛光技术，它能够实现工件全尺寸范围内的平坦化，在制备超光滑表面方面存在技术优势。在化学机械抛光中，抛光液是整个技术工艺的核心之一，其物理化学性质决定着化学机械抛光的精密水平，如果选用传统的抛光液，会造成KDP晶体表面雾化或损伤。目前针对KDP等软脆易潮解晶体的化学机械抛光，主要采用基于油包水（W/O）微乳液的潮解抛光原理和基于有机酸/碱的化学腐蚀抛光。中国专利文献库公开的名称为“一种用于软脆易潮解晶体的非水基无磨料抛光液”的专利，专利号为CN00910010268.2，该专利选用醇或酯作为油相，高碳脂肪醇聚氧乙烯醚等非离子表面活性剂作为表面活性物质，制备了油包水的微乳液。该微乳液将潮解作用缩小到纳米级别，用于KDP晶体的抛光，可以实现晶体表面的选择性均匀去除。但是由于水对KDP晶体的潮解作用强度很大，抛光时晶体表面潮解微区的去除率是不可控的，很容易在表面产生小的腐蚀坑，抛光去除精细程度低。基于微乳液的潮解抛光原理的方法缺陷，主要归因为：（1）W/O微乳液中水核尺寸虽为纳米级别，但是每个水核对KDP晶体的潮解作用强度是不可控的，而且在CMP过程中，由于机械作用的参与，会进一步扩大微区内的潮解作用强度，最终会导致化学机械去除精度难以控制，去除率只能控制在百纳米级别，KDP晶体表面容易产生腐蚀坑，精密加工难以实现。（2）潮解作用在KDP晶体晶体表面形成KDP水溶液，由于KDP水溶液在有机溶剂（油相）中的溶解度很低，不可避免的会在KDP晶体表面产生残留并再结晶，导致表面残留KDP微晶，影响表面质量。中国专利文献库公开的名称为“软脆易潮解晶体化学机械抛光用无水无磨料抛光液”的专利，专利号为CN102660198A，该专利制备了一种由有机腐蚀剂、有机腐蚀抑制剂、表面活性剂、有机pH值调节剂以及有机溶剂组成的无水无颗粒型抛光液，避免了潮解抛光的晶体表面开裂等问题。但是采用组合物方式的抛光液，存在静态腐蚀作用，且抛光时对表面位点的选择性差，直接影响了最终的抛光质量。对于基于有机酸/碱的化学腐蚀抛光，必须进一步降低抛光液对KDP晶体的静态腐蚀以及提高抛光液的高选择性。从以上分析可知，化学机械抛光技术在理论上有望实现KDP晶体的超光滑、超洁净表面加工目标，但是目前基于微乳液的潮解抛光理论和有机酸/碱的化学腐蚀抛光理论均存在着难以克服的问题。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种用于KDP晶体的油包酸性离子液体抛光液。本发明的用于KDP晶体的油包酸性离子液体抛光液，其特点是：所述的抛光液各组分的质量百分比为：油相：25%~60%；分散相溶剂：10%~15%；酸性离子液体：5%~15%；表面活性剂：15%~45%；助表面活性剂：5%~15%。所述的油相为非极性有机溶剂，环己烷、正己烷、单油酸甘油酯、三油酸甘油酯或三辛酸甘油酯中的一种。所述的分散相溶剂为乙醇、异丙醇或1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[Hmim]PF6）中的一种。所述的酸性离子液体为双三氟甲磺酰亚胺（TFSI）、己内酰胺磷酸盐（[NHCH]H2PO4）、N,N′-二甲基甲酰胺磷酸盐（[DMFH]H2PO4）、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐（[Bmim]HSO4）或吡啶硫酸氢盐（[Py]HSO4）中的一种。所述的表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种。所述的助表面活性剂为正丁醇、正戊醇、正己醇、或正辛醇中的一种。所述的抛光液的制备环境温度为20℃~25℃，相对湿度为30%~50%，气压为常压。本发明的抛光液为油包酸性离子液体微乳液，综合考虑了KDP晶体的反应特性和化学机械抛光技术的特点，克服了当前KDP晶体潮解抛光用油包水微乳液和有机酸/碱化学腐蚀抛光液的缺陷和不足，同时兼具了微乳液潮解抛光的高选择性和有机酸/碱腐蚀抛光的完全无水特点，是一种更先进的抛光液。本发明通过对活性成分酸性离子液体进行包覆，并结合化学机械抛光的多场耦合机制，以界面上化学反应动力学控制为基本出发点，对酸性离子液体的释放、界面作用形式和化学反应动力学进行界面调控，使微区内的去除反应更加精确可控，抛光后KDP晶体表面残留的有机溶液，通过相匹配的有机溶剂即可实现KDP晶体表面清洁，不会对KDP晶体表面造成二次损伤，最终实现了KDP晶体的逐点可控去除。具体实施方式下面结合实施例详细说明本发明。本发明的用于KDP晶体的油包酸性离子液体抛光液，各组分的质量百分比为：油相：25%~60%；分散相溶剂：10%~15%；酸性离子液体：5%~15%；表面活性剂：15%~45%；助表面活性剂：5%~15%。所述的油相为非极性有机溶剂，环己烷、正己烷、单油酸甘油酯、三油酸甘油酯或三辛酸甘油酯中的一种。所述的分散相溶剂为乙醇、异丙醇或1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[Hmim]PF6）中的一种。所述的酸性离子液体为双三氟甲磺酰亚胺（TFSI）、己内酰胺磷酸盐（[NHCH]H2PO4）、N,N′-二甲基甲酰胺磷酸盐（[DMFH]H2PO4）、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐（[Bmim]HSO4）、）或吡啶硫酸氢盐（[Py]HSO4）中的一种。所述的表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种。所述的助表面活性剂为正丁醇、正戊醇、正己醇或正辛醇的一种。所述的抛光液的制备环境温度为20℃~25℃，相对湿度为30%~50%，气压为常压。本发明的抛光液为油包酸性离子液体微乳液，以油相、酸性离子液体、表面活性剂和助表面活性剂的准三元相图为技术手段，通过相图绘制，获得油包酸性离子液体的单相微乳液区域。在单相微乳液区筛选不同配比的抛光液，利用化学机械抛机光实现抛光液对KDP晶体的抛光加工。实施例1本实施例按照以下步骤实施：（1）初始表面的获得：以单点金刚石飞切的35mm×35mm的KDP晶体为待抛光晶体；（2）油包酸性离子液体微乳液的制备：油相为环己烷，分散相溶剂为异丙醇，酸性离子液体为双三氟甲磺酰亚胺（TFSI），表面活性剂为聚乙二醇辛基苯基醚（TritonX-100），助表面活性剂为正辛醇；制备时，将TFSI与异丙醇混合均匀，逐滴加入到正己烷、TritonX-100和正辛醇的混合溶液中，其中各组分的质量百分比为45:10:5:32:8，该微乳液标记为A抛光液；（3）化学机械抛光实验：采用化学机械抛光机，进行KDP晶体的抛光实验，其中A抛光液的滴加速度为10ml/min，抛光压力为2.5KPa，主盘转速60rpm，持物环转速为60rpm，抛光时间10min。（4）抛光后清洗：依次采用异丙醇、正己烷作为清洗液，辅助兆声波进行抛光后的清洗，然后用洁净干燥气体吹干。在该抛光条件下，抛光并完成清洗后，样品的表面粗糙度为1.96nm。实施例2本实施例按照以下步骤实施：（1）初始表面的获得：以单点金刚石飞切的35mm×35mm的KDP晶体为待抛光晶体；（2）油包酸性离子液体微乳液的制备：油相为环己烷，分散相溶剂为[Hmim]PF6，酸性离子液体为己内酰胺磷酸盐（[NHCH]H2PO4），表面活性剂为聚乙二醇辛基苯基醚（TritonX-100），助表面活性剂为正己醇；制备时，将己内酰胺磷酸盐与乙醇混合均匀，逐滴加入到环己烷、聚乙二醇辛基苯基醚和正己醇的混合溶液中，其中各组份的质量百分比为50:10:5:30:5，该微乳液标记为B抛光液；（3）化学机械抛光实验：采用化学机械抛光机，进行KDP晶体的抛光实验，其中B抛光液的滴加速度为10ml/min，抛光压力为2.5KPa，主盘转速60rpm，持物环转速为60rpm，抛光时间10min。（4）抛光后清洗：依次采用异丙醇、正己烷作为清洗液，辅助兆声波进行抛光后的清洗，然后用洁净干燥气体吹干。在该抛光条件下，抛光并完成清洗后，样品的表面粗糙度为2.18nm。其余实施例与实施例1和实施例2的实施方式基本相同，主要区别在于微乳液的配方不同；在抛光过程中，抛光液滴加速度、抛光压力、主盘转速、持物环转速保持不变。具体的实施例实验结果汇总在表1中。表1.IL/O抛光液组成及抛光实验结果实施例实施例油相分散相溶剂AIL表面活性剂助表面活性剂各组分质量百分比抛光后粗糙度3环己烷异丙醇TFSITritonX-100正辛醇45:10:5:30:102.064环己烷异丙醇TFSITritonX-100正辛醇45:15:5:30:51.735环己烷异丙醇TFSITritonX-100正辛醇40:10:5:30:151.856正己烷乙醇[NHCH]H2PO4TritonX-114正己醇50:15:5:24:62.187正己烷乙醇[NHCH]H2PO4TritonX-114正己醇45:20:5:24:62.238正己烷乙醇[NHCH]H2PO4TritonX-114正己醇35:30:5:24:62.479单油酸甘油酯[Hmim]PF6[DMFH]H2PO4TritonX-114正丁醇30:15:15:32:82.0410单油酸甘油酯[Hmim]PF6[DMFH]H2PO4TritonX-114正丁醇30:20:10:32:81.8211单油酸甘油酯[Hmim]PF6[DMFH]H2PO4TritonX-114正丁醇30:25:5:32:81.9612三油酸甘油酯异丙醇[Bmim]HSO4TritonX-100正辛醇30:10:5:45:102.2913三油酸甘油酯异丙醇[Bmim]HSO4TritonX-100正辛醇30:10:5:40:152.5814三油酸甘油酯异丙醇[Bmim]HSO4TritonX-100正辛醇30:10:5:35:202.8715三辛酸甘油酯乙醇[Py]HSO4TritonX-100正戊醇60:5:5:24:63.1516三辛酸甘油酯乙醇[Py]HSO4TritonX-100正戊醇40:15:5:32:82.7217三辛酸甘油酯乙醇[Py]HSO4TritonX-100正戊醇35:20:5:32:82.31以上施例的描述较为具体、详细，但不能因此理解为对本专利范围的限制，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。当前第1页1 2 3